基于学科核心素养的高中生物实验教学探究

摘要：在新老教材、新老高考交替过渡的形式下，如何提升教学质量、提高学生的综合素质成为每一位教育工作者需要思考和面对的难题。结合高考评价体系和高中生物学课程标准，学科素养培养成为重要的研究课题，发展学生的学科核心素养是高中生物课程设计的宗旨和实施计划的基本要求，而生物实验教学是生物教学的重要手段之一，可以更好地培养多个方面的生物学科核心素养，满足新教材、新高考以及新时代立德树人的要求。

关键词：学科核心素养 高中生物 实验类教学

前言

在生物实际教学中实验教学存在诸多问题，如学生动手实验较少，实验开展难度大，多以演示、识记为主，实验时受到课时和学生能力影响，多数也是匆忙进行，收效不大。如何让学生更多地参与实验教学中，提升学生的实验思维，突破教学中的瓶颈？笔者认为一要对教材中已有的实验内容进行整合利用，把微观的现象变为可直接观测的，把演示类内容变为探究类内容；二要对一些抽象的难以理解的知识通过创设实验情境进行形象化、直观化展示。在课堂教学中整合已有知识，设计简单易行的小实验进行辅助教学，以弥补实验课开展较少的不足。

一、基于生物学科核心素养的生物实验教学

（一）生物学科核心素养的地位

学科素养是高考评价体系中“一核四层四翼”的“四层”之一，在其中起到了纽带作用，对课程标准有引领作用，是学生具备的学科综合能力及品质，解决了高考中“考什么”的问题；高中生物课程标准中有关课程设计的基本理念是以学科核心素养为宗旨。学科核心素养作为学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成正确的价值观、必备品格和关键能力。

（二）生物学科核心素养与生物实验教学的关系

生物学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个方面。生物实验教学是生物教学的重要手段之一，主要是学生在学了一定的学科知识后，利用所学知识进行实验验证或针对某一未知知识而展开的探究性实验。在实验教学中可以渗透生命观念，进行科学探究，培养学生科学思维及提升学生社会责任，更好地培养学生学科核心素养。基于学科核心素养的生物实验教学，不仅能够加强学生对知识的掌握，还能提升学生学科综合素养。所以在高中进行生物实验教学，要从学科核心素养出发，促进学生全方面发展，实现全面育人目标。

（三）提升生物实验教学效果的迫切性

随着新教材的使用和新高考的逐步展开，通过对各地高考题的分析可发现，高考对学生综合素养的考查要求越来越高，实验类试题和涉及实验思维的试题越来越多（相关数据在此不一一列举）。因此开展实验教学，改变教学现状迫在眉睫。

二、生物实验教学存在的问题和思考

（一）生物实验教学存在的问题

一方面，传统高中生物实验教学，以教师引导为主，强调实验步骤，有条件的会开展部分动手实验，大多数还是视频演示加图片展示，学生识记加练习。从表面上看，学生做题考试问题不大，但学生科学思维、探究能力的培养会受到较大影响。面对不断发展变化的高考要求，学生在做实验类试题时问题百出，这对学生的长远发展不利。尤其是在一些师资薄弱、设备硬件老化的学校，教师对实验教学存在各种问题。

另一方面，学生基础知识欠缺，动手能力、学科思维乃至学习兴趣动力均存在不足，高一新生在这些方面表现得尤为明显。如何开展好实验教学成为每一位生物教师的难题。

（二）实验教学的思考

从实验的开展情况来看，一些验证性、观察类、调查类的实验开展较少，一些复杂的探究实验也难以进行，学生动手机会少。教材中还有一些模型建构的内容，若是单纯让学生完成或利用课堂时间开展需要耗费大量时间，效果也难以保证。对此可以对教材中的一些实验加以整合，以探究的形式进行教学，培养学生的科学思维能力；对一些抽象的难以理解的知识，创设新的实验情境，进行形象化、直观化的展示，提升学生参与探究活动的积极性；制作小而简的模型解析教学内容，让学生易学易做，提高学生学习兴趣；对一些难以开展或教学效果甚微的实验加以优化，培养学生实验思维，增强学生科学思维、科学探究的能力，继而提升学生对知识的掌握程度，加强学生社会责任感。

三、生物实验教学的策略及反思

（一）创设新的实验情境

针对教材内容引入实验方法，让学生通过实验教学情境，形成直观感受，培养实验思维。

案例一：高中生物人教版必修一第三章第1节《细胞膜的结构和功能》。

1．设计思路

教材中提到了细胞的边界是细胞膜，学生利用已有知识或通过预习都有所了解，但是细胞膜在哪儿、起到什么作用，学生是难以想象的。这时可以利用鸡蛋展示细胞膜的存在，同时演示细胞膜作为细胞的边界，把微观知识直观化、形象化。

2．材料用具

新鲜的鸡蛋，细针管，红墨水，培养皿。

3．活动步骤

（1）打开一个鸡蛋置于培养皿中，学生观察内部结构，教师展示相应图片说明。

（2）用细针管向蛋黄（卵细胞）内注射红色墨水，并在蛋黄针孔以外滴一滴红色墨水，观察现象。

4．现象及结论

学生看到蛋黄（卵细胞）外面的红色墨水进不去，里面的除了针孔位置也出不来，若戳破外面结构则蛋黄溢出，继而很容易想到在细胞的表面存在一层结构——细胞膜，能较好地体会细胞膜作为系统的边界，将细胞与外界环境分隔开的作用。利用一个鸡蛋即可达到引入本课知识和直观说明细胞膜的一个功能的目的。

案例二：实验展示细胞膜能控制物质进出细胞。

实验名称：红色玫瑰花瓣在不同条件下的处理。

1．材料用具

新鲜的红色玫瑰花瓣，清水，80℃热水，质量分数15%的盐酸，量筒，玻璃棒，烧杯。

2．实验步骤

（1）拿出三个烧杯，分别加入等量的清水、80 ℃热水和质量分数15%的盐酸。

（2）分别向三小烧杯加入适量的完整红色玫瑰花瓣并轻轻地搅拌一段时间。

（3）除去花瓣，观察剩余溶液的颜色。

3．现象及结论

完整的细胞膜可控制物质进出细胞，高温、盐酸等条件会破坏细胞膜的完整性。

（二）设计新的演示模型

对于复杂抽象的现象，可通过制作模型进行演示。

案例三：高中生物人教版必修一第四章第1节《被动运输》渗透装置的新设计。

1．设计思路

利用鸡蛋制作渗透装置，代替原先的漏斗装置，利用简易材料即可完成，易操作、可观测。通过实验提高学生动手能力、知识迁移能力等。

2．具体做法

第一步：打破鸡蛋尖头，然后打开鸡蛋大头，露出气室部分；

第二步：戳破鸡蛋尖头全部膜，露出蛋清并倒出，戳破蛋黄加少量清水；

第三步：将透明吸管插入鸡蛋尖头，用热凝胶封住连接部，画线标注；

第四步：将鸡蛋小心放入小烧杯，加入适量清水，观察吸管中液体的上升变化。

3．现象及结论

吸管中液面会不断上升直至溢出，鸡蛋卵壳膜内的溶液浓度大于外界发生的渗透作用。

这三个案例具有以下特征：一是让抽象的知识直观化、具体化；二是实验涉及等量原则、对照原则、不同变量的分析、对照实验的操作等复杂的知识，对培养学生生命观念、科学思维及科学探究核心素养有着较好的作用；三是实验简单易行，收到较好的课堂效果，可激发学生课后动手实验的兴趣，培养学生的学科核心素养。

（三）教材中已有实验的整合改造

生物教材必修二中实验大多以演示、模型建构和过程探究为主，学生很少或难以完成动手实验，大多通过演示实验观察观看。如何能让学生动手、动脑，培养学生多方面能力素养呢？

案例四：整合高中生物人教版必修二2第三章第2节《DNA的结构》中DNA双螺旋结构模型制作与探究内容。

1．设计思路

DNA双螺旋结构模型的构建和DNA双螺旋结构模型的制作在书中为两个独立的教学内容。一个是简单的科学研究，另一个是学生动手实验，没有什么探究性的教学内容。对此笔者把原本独立的模型构建和模型制作有机结合在一起，边探究DNA双螺旋结构模型边完成各阶段的结构制作，以探究式教学模式进行本节课的教学。

2．材料用具

A4纸，胶带，剪刀，彩色水笔，尼龙绳，木条，等等。学生分组准备若干备用。

3．探究活动

活动一：四种脱氧核苷酸的制作。学生课前回顾查找有关脱氧核苷酸的知识。

活动二：制作单个脱氧核苷酸链卡片。学生分组合作。

活动三：制作DNA双链平面结构。学生分组合作完成，注意碱基对的配对、氢键的形成与数目。

活动四：制作DNA立体结构模型并展示。用尼龙绳连接两条单链，把木条接在两端，再旋转一定角度。

4．活动分析

这样处理可以让学生带着问题以探究的方式完成模型制作，同时体验DNA双螺旋结构模型的构建历程，把原本独立的知识有机结合在一起，促进了学生高中生物学科核心素养的发展。

学生课前自主完成DNA双螺旋结构相关资料的收集整理，课中小组合作交流完成各个探究环节。从制作单个脱氧核苷酸纸卡片到制作DNA双螺旋平面结构和立体结构模型，学生体会到构建模型的重要作用，发展了科学探究学科核心素养。对DNA结构的探究学习进一步激发学生学习生物的兴趣，促进学生社会责任意识的发展。在模型的制作过程中，学生参与组内活动，形成了良好的学风、团结互助的班风，学习的主体性得以发挥，增强了主动探索和合作交流的能力。学生通过自主构建知识，对磷酸二酯键、氢键的形成及数量等拓展知识也会有一定的思考和理解，深刻掌握了DNA的化学结构，增强了结构与功能观，探索DNA的结构及携带遗传信息的功能，培养了生命观念学科核心素养。

结语

以上是在教学过程中的部分例子，若条件允许可多组织学生动手实验，但要合理安排课堂教学时间，同时做好学生课前指导。课堂实验要满足规模小而精，材料易得且现象明显，操作简单以便学生参与等要求，并能够达到培养学科核心素养目的，满足实际教学的需求。近几年安徽省处于高考变化的过渡阶段，2023年是新教材老高考，2024年是新教材新高考，教师要对每一次变化提前做好功课。随着新教材的深入使用和研究、新高考的全面展开，为了让学生更好地接受、学习进而掌握相应的生物知识，形成科学思维，进行科学探究，同时培养一定的社会责任感，满足新时代、新形势下的育人要求，教师需要深入研究教材，善于发现，集思广益，多研究教情、学情，由此为下一阶段的教育教学做好铺垫工作。

参考文献：

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责任编辑：黄大灿